La complessità del cervello umano negli astrociti interlaminari

La corteccia cerebrale è una delle strutture più complesse del corpo umano. Costituisce la parte più esterna del cervello e svolge un ampio spettro di funzioni, tra cui la pianificazione e l’inizio dell’attività motoria, la percezione e la consapevolezza delle informazioni sensoriali, l’apprendimento, la memoria, il pensiero.
La corteccia cerebrale è composta da centinaia di miliardi di cellule, organizzate in strati. Carmen Falcone è alla University of California Davis per studiare lo sviluppo e la funzione di uno dei tipi cellulari presenti nella corteccia: gli astrociti interlaminari.

Nome: Carmen Falcone
Età: 31 anni
Nata a: Nocera inferiore (SA)
Vivo a: Davis (California, Stati Uniti)
Dottorato in: genomica strutturale e funzionale (Trieste)
Ricerca: Sviluppo ed evoluzione degli astrociti interlaminari
Istituto: University of California, Davis (Stati Uniti)
Interessi: giocare a pallavolo, viaggiare, uscire con gli amici, organizzare eventi con altri scienziati
Di Davis mi piace: è immersa nella natura, è molto tranquilla, si può girare in bici
Di Davis non mi piace: è davvero troppo tranquilla, manca un po’ la cultura, la storia e le cose da fare
Pensiero: Amo esplorare nicchie della scienza che non sono di moda, approfittare del viaggio scientifico per conoscere persone meravigliose e intraprendere progetti con loro.

Che cosa sono gli astrociti interlaminari?

Sono un sottotipo di astrociti, cioè le cellule che forniscono supporto e nutrimento ai neuroni. La loro particolarità consiste nell’avere il corpo cellulare nello strato più esterno della corteccia (strato I) e dei processi, cioè prolungamenti cellulari, molto lunghi che si addentrano negli strati più profondi.

Gli astrociti interlaminari sono ancora poco caratterizzati e svolgono funzioni non del tutto conosciute. Inoltre, fino a poco tempo fa si pensava esistessero solo nei primati mentre ora sappiamo che sono presenti in tutti i mammiferi sebbene con diversa morfologia: sembra, infatti, che nei primati i loro processi siano molto più lunghi o più ramificati rispetto agli altri animali. Ciò è interessante perché significa che gli astrociti interlaminari possono contattare più cellule, più vasi sanguigni e svolgere più funzioni.

La mia ricerca consiste nello studiare come queste cellule nascono, crescono, si sviluppano e assumono forme diverse in animali (e quindi cervelli) diversi. L’obiettivo è capire se nei primati, uomo compreso, la loro morfologia è davvero più complessa o se sono effettivamente più numerosi rispetto ad altri mammiferi. Infine, vogliamo capire se la loro forma così particolare serve per mettere in comunicazione i diversi strati della corteccia e quindi se contribuiscono alla capacità computazionale del cervello.

Che tipo di mammiferi avete preso in considerazione per il confronto?

Abbiamo raccolto circa cinquanta cervelli di animali provenienti da tutto il mondo, tra cui topi, balenottere, pipistrelli, elefanti, macachi. Esistono, infatti, delle banche di cervelli in cui gli scienziati conservano organi raccolti post-mortem soprattutto negli zoo ma anche in natura.

La prima analisi che facciamo riguarda la morfologia e quindi osserviamo gli astrociti interlaminari al microscopio. Abbiamo visto che anche i cetacei possiedono questo tipo di cellule, magari non così complesse come nei primati però con dei processi che comunque escono dallo strato I della corteccia. È stata una scoperta sorprendente perché prima si pensava che questi astrociti fossero presenti solo nei primati.

Poi estraiamo DNA e RNA e compariamo l’espressione genica tra specie e specie alla ricerca di eventuali differenze .
Il sequenziamento potrebbe essere utile anche per approfondire le funzioni di questi astrociti interlaminari. Una cosa interessante è che nei primati la corteccia cerebrale ha delle unità funzionali, chiamate colonne, che funzionano come singole unità computazionali: il fatto che gli astrociti seguano la forma delle colonne sembra voler suggerire che in qualche modo aiutino l’organizzazione colonnare.

Infine, stiamo cercando di individuare un marcatore specifico per gli astrociti interlaminari in modo da poter distinguere questo tipo di astrociti dagli altri. Ciò permetterebbe di fare gli stessi esperimenti in vitro e non più in vivo.

Come si sviluppano gli astrociti interlaminari?

Abbiamo raccolto tessuti prenatali di embrioni di primati diversi per osservare quando queste cellule cominciano ad apparire nello strato più esterno del cervello e come crescono i prolungamenti. Abbiamo visto che, appena nati, gli astrociti interlaminari possiedono solo il corpo cellulare e non sono presenti subito nello strato I ma migrano da altre zone. A un certo punto, cominciano a comparire i processi e vogliamo capire in quanto tempo lo fanno e quanto lunga è la loro maturazione. Finora è emerso che, in alcuni primati, continuano a maturare anche per molti anni dopo la nascita; magari, come succede ad altri tipi cellulari, vengono influenzati dall’esperienza o dalla formazione delle sinapsi.

Recentemente, abbiamo iniziato a studiare il loro coinvolgimento in alcune patologie che colpiscono il neurosviluppo del cervello. Al momento gli astrociti interlaminari sono stati studiati soltanto nella sindrome di Down, dove hanno morfologie meno complesse, processi più corti e meno numerosi.

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?

Lo studio degli astrociti interlaminari è iniziato solo una quindicina di anni fa e ci sono un sacco di cose ancora da scoprire. Vorrei continuare con gli esperimenti di sequenziamento e mi piacerebbe concentrarmi sulle caratteristiche morfologiche in caso di patologia.

Infine, vorrei continuare a studiare l’aspetto evolutivo di questi astrociti, quindi comparare tra loro le cortecce cerebrali di diversi tipi di mammiferi. E non solo mammiferi, ma allargare lo studio anche a rettili, uccelli e altri tipi di vertebrati per scoprire se anche questi animali possiedono cellule simili agli astrociti.

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